專利名稱：納米級(jí)類骨磷灰石晶體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種在常壓條件下制備納米級(jí)類骨磷灰石晶體的方法。
背景技術(shù)：
羥基磷灰石(HA)具有良好的生物相容性和骨傳導(dǎo)性，能與自然骨形成生物化學(xué)性鍵合，被廣泛地用作人體骨性組織的修復(fù)材料?，F(xiàn)有研究報(bào)導(dǎo)，人自然骨主要是由有機(jī)膠原和無(wú)機(jī)礦物成分組成，其中無(wú)機(jī)礦物組成主要是納米級(jí)磷灰石晶體，其在骨中約占65％，此外還包含有少量碳酸根離子、鈉離子及磷酸氫根離子等成分。這些生物磷灰石晶體呈約為20nm×40nm的針狀。為模擬天然的骨磷灰石晶體，《高技術(shù)通訊》2000(11)中曾報(bào)導(dǎo)了一種在常壓下合成納米級(jí)羥基磷灰石針狀晶體的方法，采用以磷酸氫二銨和硝酸鈣為原料，用二甲基甲酰胺為分散劑，和用氨水調(diào)節(jié)至pH＞10的條件下進(jìn)行反應(yīng)。氨水的刺激性氣味強(qiáng)，對(duì)人體有害，環(huán)境污染也較大。此外，還有以氫氧化鈣和磷酸的中和反應(yīng)來(lái)制備納米級(jí)磷灰石晶體的方法，雖然不需要使用氨水，但由于氫氧化鈣的溶解性差，因而難以制備出滿意的納米級(jí)類骨磷灰石晶體。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述情況，本發(fā)明將提供一種同樣在常壓條件下制備納米級(jí)類骨磷灰石晶體的方法，不僅反應(yīng)中無(wú)需使用氨水，而且反應(yīng)條件溫和，操作方便，所得到的納米級(jí)類骨磷灰石晶體也更為理想，無(wú)論在結(jié)構(gòu)、成分、結(jié)晶度和形貌等各方面，都能與天然骨磷灰石晶體十分相似。
本發(fā)明納米級(jí)類骨磷灰石晶體的制備方法，以溶解于含有0-50％體積比的水的乙酰胺或甲酰胺介質(zhì)中的鈣鹽與堿金屬磷酸鹽的水溶液反應(yīng)制得，其中鈣鹽與堿金屬磷酸鹽反應(yīng)投料量的鈣/磷摩爾比為1.50～1.67，此鈣/磷比例與人骨中的實(shí)際鈣/磷比例相當(dāng)。反應(yīng)為在攪拌條件下將一種溶液以滴加方式逐滴加入另一種溶液中的方式進(jìn)行，反應(yīng)完后至少陳化24小時(shí)，用去離子水清洗沉淀物，即得到所說(shuō)磷灰石晶體的漿液。
在上述制備方法中，所說(shuō)的鈣鹽一般可以為常用的硝酸鈣或氯化鈣中的一種。同樣，所說(shuō)的磷酸鹽水溶液一般也可以在常用的磷酸鈉或磷酸鉀水溶液中選用。
進(jìn)行反應(yīng)時(shí)的具體操作方式，一般可以采用在攪拌條件下將硝酸鈣或氯化鈣等鈣鹽的乙酰胺或甲酰胺溶液逐滴入磷酸鹽水溶液的方式，或者是相反。滴加完后一般以再繼續(xù)攪拌反應(yīng)2～3小時(shí)為更好，可以使反應(yīng)進(jìn)行得更為充分。
試驗(yàn)結(jié)果顯示，在上述的制備方法中，如果使溶液的滴加及反應(yīng)過(guò)程均在50℃～100℃的加熱條件下，例如在保持為～70℃的條件下進(jìn)行，一般可以取得更為理想的效果。
反應(yīng)完畢后的陳化過(guò)程是必不可少的，而且雖然將陳化的時(shí)間延長(zhǎng)也顯示出能有較好的結(jié)果，但試驗(yàn)結(jié)果顯示，將陳化時(shí)間控制在24～48小時(shí)范圍內(nèi)，即可以取得令人滿意的效果。陳化處理時(shí)的溫度一般并無(wú)過(guò)多限制和要求，例如在由室溫～70℃的較寬溫度范圍內(nèi)進(jìn)行都是可以的。
進(jìn)一步的試驗(yàn)結(jié)果還清楚顯示，如將上述所得到的磷灰石漿液在100℃條件下進(jìn)行水熱處理，例如在沸水中煮沸處理1～3小時(shí)，對(duì)于磷灰石晶體的生長(zhǎng)將會(huì)更加有利，并可以使其晶體的大小及形貌更加接近天然骨磷灰石晶體的形態(tài)。
按照上述內(nèi)容，在不脫離本發(fā)明基本技術(shù)思想的前提下，根據(jù)本領(lǐng)域的普通技術(shù)知識(shí)和慣用手段，對(duì)上述內(nèi)容還可以做出其它適當(dāng)形式的修改、替換或變更。
以下通過(guò)實(shí)施例形式的具體實(shí)施方式
，再對(duì)本發(fā)明的上述內(nèi)容作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)例。凡基于本發(fā)明上述內(nèi)容所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。


圖1是對(duì)采用本發(fā)明方法制備并經(jīng)水熱處理的納米級(jí)類骨磷灰石晶體產(chǎn)物(a)與人松質(zhì)骨磷灰石晶體(b)和經(jīng)800℃燒結(jié)的磷灰石晶體(c)進(jìn)行的XRD對(duì)比分析圖譜。
圖2是對(duì)采用本發(fā)明方法制備的納米級(jí)類骨磷灰石晶體產(chǎn)物(a)與人松質(zhì)骨在600℃燒1小時(shí)除去有機(jī)物后的自然骨磷灰石(b)進(jìn)行的IR對(duì)比分析圖譜。
圖3是由本發(fā)明方法反應(yīng)直接得到的納米級(jí)類骨磷灰石晶體產(chǎn)物(a)和再經(jīng)100℃水熱處理1.5小時(shí)后的納米磷灰石晶體(b)TEM分析照片。
具體實(shí)施例方式
取12克磷酸鈉(分析純)溶解于1000毫升去離子水配成溶液后，在加熱并保持為70℃和不斷攪拌的條件下，將由20克硝酸鈣(分析純)溶于30克乙酰胺(分析純)所成的溶液緩緩滴加入磷酸鈉溶液。滴完后在保持同樣溫度的條件下繼續(xù)攪拌反應(yīng)2小時(shí)后，在室溫條件下陳化24小時(shí)。離心后棄上清液，再用水清洗3次，即得到納米級(jí)類骨磷灰石晶體沉積物漿液。
取少量上述漿液于80℃-100℃烘干，用于進(jìn)行紅外(IR)、X射線衍射(XRD)和等離子發(fā)射光譜(ICP)的測(cè)試；取少量上述漿液用于進(jìn)行透射電鏡(TEM)測(cè)試。同時(shí)取人松質(zhì)骨粉碎后，用于作XRD的對(duì)比測(cè)試；取人松質(zhì)骨在600℃燒2小時(shí)，用于作IR對(duì)比測(cè)試。
再取少量的上述漿液，在100℃條件下進(jìn)行水熱處理1.5小時(shí)，處理后的漿液也作TEM測(cè)試。
進(jìn)行上述測(cè)試時(shí)用的儀器分別為日本電子公司TEM-1000型透射電子顯微鏡(TEM)，日本理學(xué)電機(jī)公司D/max-rA型轉(zhuǎn)靶X射線衍射儀(XRD)和，美國(guó)Nicolet公司170SX型紅外光譜儀(FT-IR)。
對(duì)上述試樣的各項(xiàng)測(cè)試結(jié)果如下1.經(jīng)等離子發(fā)射光譜(ICP)分析，上述合成的納米級(jí)磷灰石晶體產(chǎn)物中Na4的重量含量為1％。這是由于Na+進(jìn)入磷灰石晶體的晶格占據(jù)了鈣的位置。根據(jù)鈣/鈉原子的摩爾比計(jì)算，大約平均兩個(gè)磷灰石晶體的晶胞中含有一個(gè)Na+。
2.XRD分析的對(duì)比圖譜如圖1所示。由此XRD圖譜可以看出，上述合成后再經(jīng)水熱處理的納米磷灰石晶體(a)和人松質(zhì)骨磷灰石晶體(b)在2θ＝26°、2θ＝32°、2θ＝34°、2θ＝40°、2θ＝47°和2θ＝50°附近都有相應(yīng)的特征峰，二者的XRD圖譜十分相似。與經(jīng)800℃燒結(jié)后的納米磷灰石晶體(c)的XRD圖譜比較可以看出，經(jīng)水熱處理后的納米磷灰石晶體和人骨磷灰石晶體的譜蜂沒(méi)有經(jīng)800℃燒結(jié)試樣的譜峰那樣尖銳，說(shuō)明前兩者的結(jié)晶度較低。
3.IR分析的對(duì)比圖譜如圖2所示。在本發(fā)明方法制備的納米級(jí)磷灰石晶體產(chǎn)物(a)的IR圖譜中，3570cm-1和628cm-1的峰是羥基(OH)特征峰，871cm-1是HPO42-的峰，1400cm-1和1500cm-1是CO32-的峰，1038cm-1和564cm-1是磷酸根的特征峰。在經(jīng)600℃燒掉有機(jī)物后的自然骨磷灰石(b)的對(duì)比IR圖譜中可以看出也有這些基團(tuán)，而且峰的位置也基本一致，說(shuō)明用本發(fā)明方法人工合成的納米磷灰石晶體和天然骨磷灰石晶體在組成和結(jié)構(gòu)上很相似。
4.TEM分析的對(duì)比照片如圖3所示。由圖3的照片可以看出，用本發(fā)明方法制備的納米級(jí)磷灰石晶體(a)的尺寸約為5nm×15nm，而再經(jīng)100℃水熱處理后的納米磷灰石晶體(b)的尺寸則約為20nm×70nm，且兩者的形貌都為針狀。
由此可以看出，本發(fā)明采用硝酸鈣的乙酰胺溶液于磷酸鈉水溶液反應(yīng)，是一種制備納米級(jí)針狀磷灰石晶體的理想方法。由于磷酸鈉的水溶液呈強(qiáng)堿性，有機(jī)溶劑乙酰胺又是一種制備納米級(jí)無(wú)機(jī)磷灰石晶體材料的很好分散劑，這些條件都十分有利于磷灰石晶體的生成，因此合成反應(yīng)過(guò)程中完全無(wú)需再使用氨水調(diào)節(jié)反應(yīng)溶液的pH值，從而有效地避免了使用氨水對(duì)環(huán)境造成的污染，也減小了對(duì)操作人員呼吸系統(tǒng)的刺激。
由上述的對(duì)比分析檢測(cè)結(jié)果也可以看出，采用本發(fā)明方法制備的納米磷灰石晶體中的Na+的含量與人骨磷灰石晶體中的Na+含量十分接近，并且也含有CO32-、HPO42-等離子。除此以外，本發(fā)明方法制備的納米磷灰石晶體與人骨磷灰石晶體具有相似的XRD和IR圖譜和相同的特征峰，表明了其結(jié)晶度基本一致，所含的基團(tuán)和組成也十分相似。與經(jīng)高溫?zé)Y(jié)后的磷灰石晶體相比，經(jīng)水熱處理后的合成納米磷灰石晶體和人骨磷灰石晶體的譜峰都沒(méi)有那樣尖銳，表明其結(jié)晶度明顯低于高溫?zé)Y(jié)的磷灰石的結(jié)晶度，因而其都屬于是弱結(jié)晶的范疇，可以將制備得到的合成磷灰石晶體稱之為類骨磷灰石晶體。TEM分析更進(jìn)一步顯示，經(jīng)水熱處理后的合成納米磷灰石晶體的尺寸大小能更接近于骨磷灰石晶體，說(shuō)明水熱處理有利于磷灰石晶體的生長(zhǎng)。這是由于較高的水熱處理溫度為磷灰石沉積物提供了一個(gè)高活性的表面，磷灰石沉積物通過(guò)這種表面沿C軸(002)彼此相結(jié)合，有利于生成更大更長(zhǎng)的晶體。因此，采用本發(fā)明方法制備得到的納米磷灰石晶體無(wú)論在結(jié)構(gòu)、成分、結(jié)晶度和形貌等方面，都和天然骨磷灰石晶體十分相似，能具有很好的生物活性，有利于和自然骨形成牢固的生物化學(xué)性鍵合。在以這種模仿天然骨的成分及結(jié)構(gòu)特征的納米類骨磷灰石晶體和高分子復(fù)合，用于制備無(wú)機(jī)/有機(jī)納米仿生復(fù)合骨修復(fù)和替代材料，使其為細(xì)胞提供與天然骨相類似的微環(huán)境方面具有顯著的意義。
權(quán)利要求
1.納米級(jí)類骨磷灰石晶體的制備方法，其特征是以溶解于含有0-50％體積比的水的乙酰胺或甲酰胺介質(zhì)中的鈣鹽與堿金屬磷酸鹽的水溶液反應(yīng)制得，其中鈣鹽與堿金屬磷酸鹽反應(yīng)投料量的鈣/磷摩爾比為1.50～1.67，反應(yīng)為在攪拌條件下將一種溶液以滴加方式逐滴加入另一種溶液中的方式進(jìn)行，反應(yīng)完后至少陳化24小時(shí)，用去離子水清洗沉淀物，即得到所說(shuō)磷灰石晶體的漿液。
2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是所說(shuō)的鈣鹽為硝酸鈣或氯化鈣中的一種。
3.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是所說(shuō)的磷酸鹽水溶液為磷酸鈉或磷酸鉀水溶液中的一種。
4.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是所說(shuō)的反應(yīng)完后陳化時(shí)間為24～48小時(shí)。
5.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是反應(yīng)方式為在攪拌條件下將鈣鹽的乙酰胺或甲酰胺溶液逐滴入磷酸鹽水溶液的方式，滴加完后再繼續(xù)攪拌反應(yīng)2～3小時(shí)。
6.如權(quán)利要求1至5之一所述的制備方法，其特征是溶液滴加及反應(yīng)的過(guò)程均在50℃～100℃的加熱條件下進(jìn)行。
7.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征是溶液滴加及反應(yīng)的過(guò)程的加熱溫度均保持為～70℃。
8.如權(quán)利要求1至5之一所述的制備方法，其特征是反應(yīng)完后的陳化處理溫度為室溫～70℃。
9.如權(quán)利要求1至5之一所述的制備方法，其特征是將所得到的磷灰石漿液在100℃條件下進(jìn)行水熱處理1～3小時(shí)。
10.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征是將所得到的磷灰石漿液在100℃條件下進(jìn)行水熱處理1～3小時(shí)。
全文摘要
納米級(jí)類骨磷灰石晶體的制備方法，以溶解于含有0－50％體積比的水的乙酰胺或甲酰胺介質(zhì)中的鈣鹽與堿金屬磷酸鹽的水溶液反應(yīng)制得，其中鈣鹽與堿金屬磷酸鹽反應(yīng)投料量的鈣/磷摩爾比為1.50～1.67，反應(yīng)為在攪拌條件下將一種溶液以滴加方式逐滴加入另一種溶液中的方式進(jìn)行，反應(yīng)完后至少陳化24小時(shí)，用去離子水清洗沉淀物，即得到所說(shuō)磷灰石晶體的漿液。本發(fā)明方法制備的納米級(jí)類骨磷灰石晶體在結(jié)構(gòu)、成分、結(jié)晶度和形貌等方面，都與天然骨磷灰石晶體十分相似，能具有很好的生物活性，是理想的用于制備無(wú)機(jī)/有機(jī)納米仿生復(fù)合骨修復(fù)和替代材料。
文檔編號(hào)C01B25/32GK1403369SQ02133949
公開(kāi)日2003年3月19日 申請(qǐng)日期2002年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月23日
發(fā)明者李玉寶, 魏杰, 左奕 申請(qǐng)人:四川大學(xué), 李玉寶, 魏杰, 左奕